摘要:因此,当速度越接近光速时,由于动质量大幅度增加,火箭越难被继续加速。尤其是在速度趋近光速时,火箭的动质量将会大幅度增加,直至随着速度无限接近光速而趋于无穷大。

如果太空中的火箭不停加速,它最终能超过光速吗?

假设给火箭足够的燃料,使其能够在太空中不停加速,那么,火箭最终能超过光速吗?

根据牛顿物理学,随着燃料的逐渐消耗,火箭的质量逐渐降低,加速度会越来越高,火箭的速度会越来越快。只要火箭拥有足够多的燃料,太空中的火箭加速到光速,并且最终超过光速,都是迟早的事情,没有什么能够阻止火箭超光速。

然而,根据狭义相对论,火箭不可能被加速到超光速,因为火箭就连光速都不可能达到。虽然火箭的质量会随着燃料消耗而变得越来越小,但由于相对论效应,火箭的动质量会随着速度增加而变得越来越大:

如果太空中的火箭不停加速,它最终能超过光速吗?

尤其是在速度趋近光速时,火箭的动质量将会大幅度增加,直至随着速度无限接近光速而趋于无穷大。因此,当速度越接近光速时,由于动质量大幅度增加,火箭越难被继续加速。而加速到光速是不可能的,因为这需要无限的燃料来产生无限的动能。相对论的动能由如下公式给出:

如果太空中的火箭不停加速,它最终能超过光速吗?

如果在速度远低于光速的情况下,对上式右侧展开为泰勒级数,则可以把上式改写成如下的近似表达式:

Ek=1/2mv^2

相对论效应在低速下是无法察觉到的,但在能把粒子加速到亚光速的粒子加速器中,相对论效应会产生显著的影响。在粒子加速器中,物理学家观测到的粒子运动行为完全符合狭义相对论的描述。

如果太空中的火箭不停加速,它最终能超过光速吗?

总之,根据狭义相对论,局域速度的超光速现象是不存在的。但如果考虑空间膨胀效应,宇宙中遥远的星系会以超光速远离彼此。事实上,银河系正以超光速相对于140亿光年外的河外星系退行而去。空间不是物质,也不是辐射,所以空间的膨胀不受狭义相对论约束。

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